自動售貨機的控制設(shè)計

電氣控制與可編程控制技術(shù)課程設(shè)計題目自動售貨機的控制設(shè)計系（部）院物理與機電工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化作者姓名指導(dǎo)教師職稱副教授完成日期2011年12月29日課程設(shè)計任務(wù)書2011年秋季學(xué)期學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)方向電力系統(tǒng)班級題目名稱自動售貨機的控制設(shè)計一、設(shè)計要求1自動售貨機有3個投孔幣，分別為1元、5元和10元。2售貨共有3種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。3如投幣總額超過銷售價格，將可由退幣按鈕找回余額。4投幣值等于或大于12元時，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水5投幣值等于或大于15元時，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花茶，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水6投幣值等于或大于20元時，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示3種均可選擇。7按下要飲用的飲料按鈕，則相對應(yīng)的指示燈開始閃爍，3S后自動停止，表示飲料已掉出。8動作停止后按退幣扭，可退回余額，退回余額如果大于10元，則先退10元再退5元或者1元，如果小于5元則直接退1元的。二、設(shè)計任務(wù)學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進度計劃，運用設(shè)計方案與進度計劃，運用所學(xué)的理論知識，進行自動售貨機運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。3、設(shè)計說明書的編寫要求1設(shè)計出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等2系統(tǒng)有啟動、停止功能3運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計；4進行系統(tǒng)仿真調(diào)試，實現(xiàn)自動售貨機的控制要求。四、設(shè)計進度及安排第一周星期一、二講解設(shè)計課題內(nèi)容、布置任務(wù)及要求星期三、四PLC輸入輸出接線圖，初步設(shè)計星期五梯形圖，控制面板圖初步設(shè)計第二周星期一、二PLC輸入輸出接線圖，梯形圖，控制面板的修改星期三、四繪圖，系統(tǒng)仿真調(diào)試，寫說明書及操作使用說明星期五完善上述設(shè)計內(nèi)容，裝訂設(shè)計說明書，答辯指導(dǎo)教師簽字目錄一、引言1二、設(shè)計目的1三、設(shè)計任務(wù)及要求131設(shè)計要求132設(shè)計任務(wù)2四、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計241計幣系統(tǒng)242比較系統(tǒng)243選擇系統(tǒng)244飲料供應(yīng)系統(tǒng)245退幣系統(tǒng)3五、PLC的選型351PLC的選型原則352PLC選型4六、硬件外部接線圖4七、系統(tǒng)的程序設(shè)計471I/O分配表572程序設(shè)計的流程圖根據(jù)673程序設(shè)計梯形圖6八、系統(tǒng)仿真與調(diào)試10九、設(shè)計總結(jié)12十、參考文獻12一、引言自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它的出現(xiàn)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求新的流通渠道，相對于超市、百貨購物中心等流通渠道而言，場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應(yīng)運而生了。自動售貨機的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機逐漸被越來越多的消費者所接受。采用可編程控制器實現(xiàn)自動售貨機的系統(tǒng)設(shè)計，不僅編程方便，而且增強了系統(tǒng)的抗干擾能力。二、設(shè)計目的通過對自動售貨機PCPLC控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計、編程、及上機調(diào)試工作的實踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計的方法，并掌握利用PC對PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法。三、設(shè)計任務(wù)及要求31設(shè)計要求1自動售貨機有3個投孔幣，分別為1元、5元和10元。2售貨共有3種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。3如投幣總額超過銷售價格，將可由退幣按鈕找回余額。4投幣值等于或大于12元時，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水5投幣值等于或大于15元時，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花茶6投幣值等于或大于20元時，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示3種均可選擇。7按下要飲用的飲料按鈕，則相對應(yīng)的指示燈開始閃爍，3S后自動停止，表示飲料已掉出。8動作停止后按退幣扭，可退回余額，退回余額如果大于10元，則先退10元再退5元或者1元，如果小于5元則直接退1元的。32設(shè)計任務(wù)學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進度計劃，運用設(shè)計方案與進度計劃，運用所學(xué)的理論知識，進行自動售貨機運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)仿真調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括1設(shè)計出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等；2系統(tǒng)有啟動、停止功能；3運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計；4進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自動售貨機的控制要求。四、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計售貨機的自動控制系統(tǒng)主要包括計幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。41計幣系統(tǒng)當有顧客買飲料時，投入的錢幣經(jīng)過感應(yīng)器，感應(yīng)器記錄1元、5元或10元錢的個數(shù)，通過個數(shù)與幣值相加，把最終疊加的錢幣數(shù)據(jù)存放在MW12中。42比較系統(tǒng)投入錢幣完畢后,系統(tǒng)會把MW12內(nèi)的錢幣數(shù)據(jù)和可以購買飲料的價格進行區(qū)間比較,如果投入的錢幣不足則沒有指示燈亮，要求繼續(xù)投入錢幣，或者退幣。當投入的錢幣總值超過12元時，汽水指示燈亮。當投入的錢幣總值超過15元時，汽水和花茶指示燈都亮，當投入的錢幣總值超過20元時，汽水、花茶和咖啡指示燈都亮，此時可以選擇飲料或選擇退幣。43選擇系統(tǒng)比較電路完成后選擇電路指示燈亮，當按下汽水、花茶或者咖啡選擇按鈕，相應(yīng)的指示燈轉(zhuǎn)為1秒為周期的閃爍。當相應(yīng)的飲料取出后，閃爍同時停止。44飲料供應(yīng)系統(tǒng)當按下飲料選擇按鈕時，相應(yīng)的電機啟動。在飲料輸出的同時，減去相應(yīng)的購買錢幣數(shù)。當飲料輸出達到5秒時,電機停機。45退幣系統(tǒng)當顧客購?fù)觑嬃虾?，多余的錢幣只要按下退幣按鈕。系統(tǒng)就會把數(shù)據(jù)寄存器MW12中的錢幣退回。五、PLC的選型51PLC的選型原則1最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計過程中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計之前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，充分收集控制現(xiàn)場的資料，同時收集相關(guān)國內(nèi)、國外相關(guān)的資料。同時還要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員等緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。2保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程等方面要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如應(yīng)該保證PLC控制程序不僅能在正常條件下運行，而且要在非正常情況下，也能正常工作。3力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。4適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。52PLC選型S7200PLC它有四種不同的型號，由于設(shè)計要求有9個輸入點和10個輸出點，因而選擇S7CPU226最為合適。CPU224主機數(shù)字量I/O點為14輸入/10輸出共24個；擴展能力強，可連續(xù)7個擴展模塊，最大擴展至168個數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點；13KB程序和數(shù)據(jù)存取空間；6個獨立的30KHZ高數(shù)計數(shù)器，2路獨立的20KHZ高數(shù)緩沖輸出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整體拆卸，是具有將強控制能力的控制器。6、L硬件外部接線圖根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求PLC主機的硬件接線圖如圖1所示。NLI00I01I02I03I04I05I06I07COMQ00Q01Q02Q04Q03Q05COMST1ST2ST3SB2SB3SB4SB5SB11元投幣光電開關(guān)5元投幣光電開關(guān)10元投幣光電開關(guān)汽水按鈕花茶按鈕咖啡按鈕找錢按鈕汽水指示燈花茶指示燈咖啡指示燈汽水出貨電磁閥花茶出貨電磁閥咖啡出貨電磁閥S7200CPU224Q06Q07Q10Q11可退幣指示燈退十元錢電磁閥退五元錢電磁閥退一元錢電磁閥啟動按鈕HL1HL2HL3HL4YB1YB2YB3YB4YB5YB6ST4托盤開關(guān)圖1自動售貨機控制系統(tǒng)的PLC硬件線圖7、系統(tǒng)的程序設(shè)計71I/O分配表此次設(shè)計的PLC控制的自動售貨機控制系統(tǒng)的I/O分配表如下表表1I/O分配表名稱地址說明輸入信號啟動按鈕I00開始1元光電開關(guān)I01檢測投入的1元硬幣的數(shù)量5元光電開關(guān)I02檢測投入的5元硬幣的數(shù)量10元光電開關(guān)I03檢測投入的10元硬幣的數(shù)量汽水按鈕I04選擇購買汽水花茶按鈕I05選擇購買花茶咖啡按鈕I06選擇購買咖啡退錢按鈕I07選擇退錢托盤開關(guān)I10檢測選擇的飲料是否取出輸出信號汽水指示燈L1Q00指示所投入的幣值購買汽水花茶指示燈L2Q01指示所投入的幣值購買花茶咖啡指示燈L3Q02指示所投入的幣值購買咖啡汽水出口Q03控制商品執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行送出汽水的動作花茶出口Q04控制商品執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行送出花茶的動作咖啡出口Q05控制商品執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行送出咖啡的動作可退幣指示燈Q06指示售貨機機內(nèi)有錢可退10元硬幣退幣機構(gòu)Q07可退出時元的紙幣5元硬幣退幣機構(gòu)Q10可推出五元的紙幣1元硬幣退幣機構(gòu)Q11可推出一元的硬幣72程序設(shè)計的流程圖根據(jù)根據(jù)對飲料自動售貨機工作過程的描述，可以設(shè)計出飲料自動售貨機控制系統(tǒng)PLC程序的程序流程圖，如圖2所示。開始投幣計數(shù)比較錢幣選擇飲料錢不足咖啡減20花茶減15汽水減12是否找零找錢結(jié)束圖2程序流程圖73程序設(shè)計梯形圖梯形圖語言是在傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電氣控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電氣控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運算方式和輸入、輸出形式，具有形象、直觀、使用的特點。因此，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。設(shè)計梯形圖指令語句表見附錄1。8、系統(tǒng)仿真與調(diào)試采用S7_200仿真對設(shè)計系統(tǒng)進行仿真及調(diào)試,采集的圖如下圖所示輸入一元的紙幣后可退幣指示燈亮。當輸入的錢的總額大于20元時三種飲料的指示燈都亮。當總額大于20元時，按下咖啡飲料鍵后則咖啡執(zhí)行機構(gòu)動作。當余額大于10元時則先退10元的紙幣9、設(shè)計總結(jié)通過本次論文設(shè)計，使我對PLC控制的知識有了更深層次的認識，同時通過多次上機操作，我對計算機的應(yīng)用能力也有很大的提高，而在論文設(shè)計中通過查閱文獻，搜集資料，綜合分析等方面的訓(xùn)練，使我綜合應(yīng)用各方面知識，分析解決實際問題的能力也得到了很大的提高。在具體的設(shè)計過程中，通過老師和同學(xué)的幫助和自己的不斷摸索，掌握了不少的工程技術(shù)方法，同時也培養(yǎng)了自己的工程設(shè)計思想，為以后的實際工作打下了一定的基礎(chǔ)。10、參考文獻1張曉鋒，張靜電氣控制與可編程控制技術(shù)及應(yīng)用北京國防工業(yè)出版社，20102宋伯生PLC編程控制指南北京機械工業(yè)出版社，20073史國生電氣控制與可編程控制技術(shù)北京化學(xué)工業(yè)出版社，20044張萬忠可編程控制器入門與應(yīng)用實例（西門子S7200系列北京清華大學(xué)出版社，20075王